多模态工作记忆机制及神经调控

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工作记忆广泛存在于日常生活中,并且与很多认知能力有关。对于不同模态的工作记忆中哪些神经区域是必要和充分的以及哪些神经振荡动力学最能描述其能力几乎没有共识。在不同的工作记忆神经调控研究中出现了紊乱的效果,以及任务过程中个体采用的认知策略使得效果的变异性增加等问题,更重要的是目前缺乏将认知行为改变和神经响应结合起来的有力证据。在这里,本文利用神经解码技术,研究了工作记忆在不同模态和混合模态中的认知神经机制,以及工作记忆认知调控的大脑网络动力学机制。主要研究内容和研究结果如下:1.采用单模态刺激(视觉语言、听觉语言、视空间),研究了工作记忆不同模态和加工方式的认知神经机制。通过计算三种刺激方式下的节律振荡方式与脑网络变化。分别对比分析视觉语言和听觉语言工作记忆中的模态差异和负载差异,视觉语言和视空间工作记忆中的加工方式差异和负载差异,结果显示负载差异与额叶theta、额颞叶alpha和额顶叶beta节律振荡活动相关,模态差异与额叶theta节律、颞顶叶alpha节律和顶叶beta节律振荡活动相关,加工方式差异与额枕叶theta节律、颞顶叶alpha节律和顶叶beta节律振荡活动相关。这些结果表明theta节律振荡活动普遍存在于不同模态工作记忆任务中,并且操纵着工作记忆的资源部署。工作记忆过程中对不同模态刺激的注意过程与颞顶叶alpha节律振荡活动相关,而beta节律振荡与不同模态工作记忆中的成功维持有关。2.采用视听混合模态工作记忆n-back实验,研究了混合模态任务中的脑电振荡特性及脑网络信息交互模式。行为学结果表明,在同时执行混合模态的n-back工作记忆任务中,被试在听觉模态中的表现好于视觉模态,这说明在工作记忆中同时对视觉和听觉输入进行更新和维护时,听觉信号比视觉信号更有优势。进一步从神经信号解码中发现,theta节律振荡活动主要在前额叶并且随负载变大而增加,alpha和beta节律振荡活动主要在颞顶叶。这些结果表明额叶theta在混合模态工作记忆整合多通道的感觉输入中发挥了执行控制作用,顶叶alpha节律活动增加在混合模态工作记忆中发挥着多模态对象表征和注意力控制作用,beta节律的振荡活动与混合模态n-back任务的转移效果有关。3.采用视觉图形工作记忆2-back任务,探究了认知策略结合高精度经颅直流电刺激对工作记忆的特异性促进作用及工作记忆大脑神经响应机制。结果如下,首先在无策略有电刺激时,不同电刺激方式均能改善工作记忆的执行能力,但不同方式间的改善效果无显著差异,脑网络结果显示此时被试主要采用的是视空间环路;其次在有策略无电刺激时,有效的认知策略可以显著地提升工作记忆执行能力,脑网络结果显示策略组被试转变为采用语音环路;最后在有策略有电刺激时,特定的认知策略匹配对应的神经调控时显著地提高了工作记忆执行能力,并得到了与行为执行能力一致的神经响应结果。
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